上海自動化儀表股份有限公司分享知識點之壓力變送器工作原理與應(yīng)用注意事項

目前國內(nèi)壓力變送器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、石材、機械、汽車及國防工業(yè)等行業(yè)，為了更進一步加強它的使用性能，本文特意對壓力變送器的工作原理進行了分析，并列舉了一些存在的問題。

       壓力變送器除了能將非電量轉(zhuǎn)換成可測量的電量外，還具有一定的放大作用。近年來，越來越多的儀器、儀表和工業(yè)自動化領(lǐng)域需要進行自動控制和集中檢測，所以對壓力變送器的需要量增多，同時對產(chǎn)品的精度、穩(wěn)定性和價格的要求也趨于嚴(yán)格。在目前國內(nèi)市場上，相繼出現(xiàn)過電阻式、擴散硅式、陶磁式壓力變送器，并逐步占據(jù)了大量的市場位置。本文特意對壓力變送器的工作原理進行分析，以期對大家有一些幫助?！?/p>

       1. 壓力變送器的基本介紹　　

       （1）基本概念。壓力變送器用于檢測流體的壓力（實際上是壓強），并進行遠程信號傳送，信號傳送到二次儀表或者計算機進行壓力控制或監(jiān)測的一種自動化控制前端元件，主要由壓力傳感器、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將壓力傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號，以供給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。在國內(nèi)，目前在小型自動化控制方面運用的壓力變送器一般基于壓阻式原理，也就是壓敏電阻受壓后產(chǎn)生電阻變化，通過放大器放大并采用標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)定，即可進行壓力檢測。

       （2）基本優(yōu)點。第一，設(shè)置方便，可實現(xiàn)多點控制。如果檢測出的壓力信號是連續(xù)信號，就可任意設(shè)置壓力，只需對電控部分進行設(shè)定。第二，可以實現(xiàn)壓縮機運行高級控制，延長壓縮機壽命。通過運用變頻技術(shù)，能讓壓縮機運行更平穩(wěn)，大量減少啟動次數(shù)，延長使用周期，而且更加環(huán)保節(jié)能。第三，提供控制精度，元件可靠性更好。壓力變送器的檢測精度相對于壓力開關(guān)高出數(shù)倍，控制精度自然就相應(yīng)地得到提高，因為采用的敏感元件為非機械結(jié)構(gòu)，基本上不再需要維護，能夠降低損壞率。　　

       2. 壓力變送器的工作原理　　

       2.1電阻應(yīng)變片式壓力變送器　　

       （1）基本概述。電阻應(yīng)變式壓力變送器大信號輸出，不銹鋼結(jié)構(gòu)，具有線性度高、遲滯誤差小、溫度性能好、工作穩(wěn)定、量程廣、耐腐蝕等特點，主要在國防和工業(yè)自動化等領(lǐng)域被廣泛使用。它的重要組成部分是一種電阻應(yīng)變片，這種敏感器件可以將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號。

       （2）工作原理。吸附在基體材料上，金屬電阻應(yīng)變片的應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。通常情況下，是將應(yīng)變片采用特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，隨著基體受力發(fā)生應(yīng)力變化后，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。在運用時，電阻的取值范圍要格外注意，阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時不斷發(fā)熱會致使應(yīng)變片的溫度過高，導(dǎo)致應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力就會降低?！?/p>

       2.2擴散硅壓力變送器　　

       （1）基本概述。擴散硅壓力變送器的壓力檢測元件采用進口擴散硅或者陶瓷芯體，傳感器信號經(jīng)高性能電子放大器轉(zhuǎn)換成0-10mA或4-20mA統(tǒng)一輸出信號。這種壓力變送器可替代傳統(tǒng)的遠傳壓力表、霍爾元件、差動變送器，并具有DDZ-Ⅱ及DDZ-Ⅲ型變送器性能。擴散硅壓力變送器具有強大的使用性能，不但能與各種型號的動圈式指示儀、數(shù)字壓力表、電子電位差計配套使用，也能與各種自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)配套使用。

       （2）工作原理。

       當(dāng)介質(zhì)的壓力信號作用于傳感器時，壓力傳感器就將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)差分放大和輸出放大器放大，最后經(jīng)V/A電壓電流轉(zhuǎn)換成與被測介質(zhì)的液位壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號。

       2.3陶瓷壓力變送器　

       （1）基本概述。

陶瓷材料的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動是被大家公認(rèn)的。陶瓷的工作溫度范圍位于-40～135℃之間，具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，不僅輸出信號強，而且能夠保持長期的穩(wěn)定性能。這樣的高特性、低價格優(yōu)勢，將促使陶瓷傳感器將成為以后的發(fā)展方向。

       （2）工作原理。

抗腐蝕的陶瓷壓力變送器的壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使陶瓷膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在其背面連接成一個惠斯通電橋。壓敏電阻的壓阻效應(yīng)能夠使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，2.0/3.0/3.3mV/V的標(biāo)準(zhǔn)信號是根據(jù)壓力量程的不同來標(biāo)定的，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。傳感器通過激光標(biāo)定，具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。　　

       3. 壓力變送器工作時的注意事項　　

        （1）變送器上切勿使用高于36V的電壓，容易導(dǎo)致?lián)p壞。（2）變送器切勿用硬物碰觸膜片，會損壞隔膜片。（3）被測介質(zhì)不能結(jié)冰，否則傳感器元件隔離膜片容易損傷，導(dǎo)致變送器破壞。（4）在測量蒸汽或其他高溫介質(zhì)時，其溫度不應(yīng)超過變送器使用時的極限溫度，否則必須使用散熱裝置。（5）在測量蒸汽或其他高溫介質(zhì)時，為使變送器和管道連在一起，應(yīng)使用散熱管，并使用管道上的壓力傳至變壓器。當(dāng)被測介質(zhì)為水蒸氣時，散熱管中要注入適量的水，以防過熱蒸汽直接與變送器接觸，致使損壞傳感器。（6）在壓力傳輸過程中，應(yīng)注意幾點：變送器與散熱管連接處不可漏氣；在打開閥門時要小心，以免被測介質(zhì)直接沖擊、損壞傳感器膜片；必須保持管路暢通，避免管道中的沉積物彈出并損壞傳感器膜片。